m i t Escherichia coli - Forschungszentrum Jülich

3 Stand des Wissens
begründet. In den beschriebenen Ansätzen wurden die Zellen meist vorab mittels Filtration
abgetrennt, um den direkten Kontakt der Zellen mit Lösungsmittel zu vermeiden.
Die integrierte Extraktion von Ethanol, Butanol, Carboxysäuren, und Penicillin wurde
beschrieben [Schuegerl u. a. 1994]. Milchsäure, die mit Lactobacillus delbrueckii produziert
wird, konnte mit Alamin 336 in Oleylalkohol in einer Mixer-Settler-Einheit online extrahiert
werden. Wachstum und Milchsäureproduktion wurden durch die Online-Extraktion
verbessert, aber aufgrund der Toxizität des Carriers lag die maximale Extraktionsdauer
bei sechs Stunden [Ye u. a. 1996], [Honda u. a. 1995]. Durch eine Immobilisierung der
Zellen wurde eine Prozessverbesserung mit integrierter Extraktion über 16 Stunden
erreicht [Yabannawar und Wang 1991a].
Zitronensäure wurde aus einer kontinuierlichen Fermentation mit Aspergillus niger
extrahiert (Tri-Dodecylamin/Kerosin/Oktanol). Zur Rückhaltung von organischen Bestandteilen
wurde der Fermentationsüberstand vor der Rückführung in den Bioreaktor
über einen Aktivkohlefilter geleitet. Durch die Aufteilung der Fermentation in mehrere
Produktionsphasen, wobei nach jeder Phase 80 % der Fermentationsbrühe gegen neues
Medium getauscht wurden, konnte im Vergleich zu Experimenten im Satzverfahren
Medium eingespart und die Betriebsdauer verlängert werden [Wieczorek und Brauer 1998].
Von Stark [Stark u. a. 2003] wurde ein Verfahren zur Extraktion von 2-Phenylethanol
aus einer Biotransformation mit Saccharomyces cerevisiae beschrieben. Dabei wurde das
Extraktionsmittel Dibutyl Sebacat in einer Polymermembran eingekapselt, so dass direkter
Kontakt mit Zellen vermieden wurde. Mittels eines Wirbelbettes, das an den Bioreaktor
und einen zweiten Kreislauf gekoppelt war, erfolgten Extraktion und Rückextraktion zur
Regenerierung der Kapseln. Mittels dieses Verfahrens konnte mehr 2-Phenylethanol aus
L-Phenylalanin produziert werden.
3.4.3 Stand der integrierten L-Phenylalanin-Abtrennung mittels
Reaktivextraktion
Ein System zur integrierten Abtrennung von L-Phenylalanin aus einem Fermentationsprozess
im 300 l Bioreaktor wurde von Maass u. a. und Gerigk u. a. entwickelt
[Maaß u. a. 2002], [Gerigk u. a. 2002b]. Dabei wurden Hohlfasermembranmodule zur
Extraktion verwendet, ein dispersionsfreies System, bei dem die Toxizität organischer
Substanzen durch den fehlenden direkten Phasenkontakt relativ gering ist.
Eine schematische Darstellung des Systems ist in Abb. 3.16 gezeigt. Während einer
Fermentation zur L-Phenylalanin-Produktion wurde über einen Umlauf mit Ultrafiltrationsmodul
zur Zellrückhaltung zellfreies, L-Phenylalanin-Ionen enthaltendes Permeat
gewonnen. Das Permeat wurde in die Extraktionsanlage gepumpt. Im ersten Hohlfasermembranmodul
wurde L-Phenylalanin (Phe) aus dem zellfreien Permeat mit dem
Kationentauscher D2EHPA in Kerosin als organischer Phase extrahiert. Das die Zentrifuge
verlassende wässrige Raffinat (H) wurde in den Bioreaktor zurückgeführt. Die organische
Phase mit dem beladenen Carrier (C-Phe) wurde zur Rückextraktion mit 1 M Schwefelsäure
in das zweite Hohlfasermembranmodul geleitet. L-Phenylalanin-Kationen wurden
im Akzeptor (AH) aufkonzentriert und der Carrier regeneriert (CH) (vgl. Abschnitt 3.3.1).
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